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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prozessieren von Werkstücken in einer Vakuumprozesskammer für Inline-Prozesse unter Vakuum.
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Vakuumkammern werden gewöhnlich für Prozesse, die nur unter Vakuum ablaufen können, in verschiedensten Konfigurationen eingesetzt. Beispielsweise zum Bearbeiten, z.B. Plasmaätzen, oder Beschichten von Substraten der verschiedensten Art. Die Vakuumprozesskammern sind beispielsweise für Durchlaufprozesse ausgelegt, bei denen Substrate oder Werkstücke kontinuierlich durch die Vakuumprozesskammer geleitet werden. Dazu sind die Vakuumprozesskammern mit entsprechenden Vakuumschleusen ausgestattet.
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Andere Vakuumprozesskammern sind als sogenannte Inline-Prozesskammern gestaltet. Das bedeutet, dass einzelne Substrate oder ein Werkstück oder mehrere gleichzeitig in die Vakuumprozesskammer eingebracht, bearbeitet und danach wieder entnommen werden müssen. Dazu sind die Vakuumprozesskammern mit entsprechenden Verschlusseinrichtungen versehen, die ein Öffnen und Schließen der Vakuumkammer ermöglichen. Es versteht sich, dass es zum Öffnen einer Vakuumprozesskammer erforderlich ist, diese vorher zu belüften und nach dem Einbringen der Substrate oder Werkstücke muss die Vakuumprozesskammer wieder entlüftet werden. Sinnvoll ist es, die inline-Prozesskammer, die auch als Rezipient bezeichnet wird, so klein wie möglich auszuführen, um den Aufwand zum Evakuieren und Belüften in Grenzen zu halten.
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Sollen in der Vakuumprozesskammer beispielsweise Beschichtungsprozesse, wie CVD-Verfahren oder Bedampfungsverfahren, oder auch Plasmaätzprozesse, bzw. Plasmabearbeitungsverfahren, durchgeführt werden, so ist es vergleichsweise einfach, die entsprechenden Einrichtungen in der Vakuumprozesskammer unterzubringen und vakuumdichte Durchführungen mit den entsprechenden Medien zu verbinden, da diese stationär angeordnet sind.
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Ein Beispiel für eine solche inline-Vakuumkammer geht aus der
DE 30 05 757 A1 hervor, in der einzelne Werkstücke einer Ladungsträgerstrahlbearbeitung unterzogen werden. Die Vakuumprozesskammer besteht aus einem Arbeitskammerteil und einem darüber befindlichen Teil mit dem Strahlerzeugungssystem. Der Arbeitskammerteil ist unten offen ausgeführt und mit einem vertikal verfahrbaren Drehtisch verschließbar, in den mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Werkstücks eingearbeitet sind. Zum Verschließen des Arbeitskammerteiles muss zunächst eine entsprechende Ausnehmung mit einem Werkstück unter dem Arbeitskammerteil positioniert werden, woraufhin dann der Drehtisch vertikal nach oben gegen den unteren Rand des Arbeitskammerteiles gedrückt wird. Für die Vakuumabdichtung befindet sich zwischen dem Drehtisch und dem unteren Rand des Arbeitskammerteiles eine entsprechende Dichtung.
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In Fällen, in denen für die Bearbeitung des Substrates oder der Werkstücke in der Vakuumprozesskammer bewegbare Werkzeuge benötigt werden, ist es äußerst schwierig, die nötigen Prozessbewegungen in der Vakuumprozesskammer unter Vakuum auszuführen. So kann es erforderlich sein, Werkstücke beispielsweise unter Vakuum dicht zu verschließen. Das kann beispielsweise durch Vergießen mit einem geeigneten Kunststoff erfolgen. Das hierfür vorgesehene Werkzeug, wie beispielsweise eine mit einem Dosiersystem gekoppelte Dosiernadel, muss dann in geeigneter Weise über dem Werkstück entlanggeführt werden. Sollen die erforderlichen Prozessbewegungen innerhalb der Vakuumprozesskammer erzeugt werden, so müssen die Antriebseinrichtungen für die Erzeugung der Prozessbewegungen vakuumtauglich sein, was einen erheblichen Aufwand und somit hohe Kosten verursacht.
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Weiterhin geht aus der
DE 32 26 506 A1 eine Vorrichtung zum Prozessieren von Werkstücken in einer Vakuum-Prozesskammer für Inline-Prozesse hervor. Die Vakuumprozesskammer ist mehrteilig ausgeführt und besteht aus einem ortsfesten offenen Rahmen, der aus Seitenwänden zusammengesetzt ist und der auf beiden Seiten mit einem in den Rahmen dichtend einschiebbaren Verschlusselement verschlossen ist.
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Eine ähnliche Konstruktion zeigt die
KR 10 2009 0 003 781 A , bei der die Vakuumprozesskamer auf einer Seite mit einem Verschlusselement verschlossen ist.
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Schließlich wird in der
DE 100 36 217 A1 eine Gleitvorrichtung mit zugehörigem Tischmechanismus zur Verwendung in einer Vakuumkammer beschrieben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumprozesskammer für Vakuumprozesse, wie dem Vergießen von Werkstücken unter Vakuum derart auszugestalten, dass sämtliche innerhalb der Vakuumprozesskammer erforderlichen Prozessbewegungen außerhalb derselben erzeugt werden können, so dass keine vakuumtauglichen Antriebe erforderlich sind.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine mehrteilige Vakuumprozesskammer vorgesehen ist, die aus einem Seitenwände bildenden ortsfesten offenen Rahmen besteht, der auf einer Seite mit einem Verschluss element und auf der anderen Seite mit einer horizontal verschiebbaren Gleitplatte vakuumdicht verschließbar ist, wobei durch die Gleitplatte ein mit dieser bewegbares Bearbeitungswerkzeug vakuumdicht geführt ist.
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Damit ist es möglich, sämtliche Prozessbewegungen, die in der Vakuumprozesskamer benötigt werden, außerhalb derselben zu erzeugen und mittels der Gleitplatte in die Vakuumprozesskammer zu übertragen, so dass das Bearbeitungswerkzeug entsprechend über dem Werkstück prozessiert werden kann.
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Als Verschlusselement dient entweder ein mit einer vertikal verfahrbaren Aushubstation verbindbarer Werkstückträger, oder die Aushubstation zur Aufnahme des Werkstückträgers.
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Mit der Aushubstation kann der mit einem zu bearbeitenden Werkstück bestückte Werkstückträger nach oben gegen den Rahmen gefahren werden, wodurch die durch den Rahmen seitlich begrenzte Vakuumprozesskammer verschlossen wird. Im Falle, dass die Aushubstation als Verschlusselement eingesetzt wird, erfolgt der Verschluss der Vakuumprozesskammer durch die Aushubstation.
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Um eine ausreichende Vakuumabdichtung zu erreichen, ist in den oberen Rand des Werkstückträgers oder der Aushubstation eine umlaufende Dichtung eingelassen, die beim Anheben des Werkstückträgers, oder der Aushubstation, gegen den unteren Rand des Rahmens gedrückt wird.
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Wird der Werkstückträger als Verschlusselement eingesetzt, so lässt sich das Volumen der Vakuumkammer minimieren. Für den Fall, dass die Aushubstation selbst als Verschlusselement genutzt wird, hat das den Vorteil, dass die Werkstückträger keine Dichtfläche sowie Dichtung aufweisen müssen, was besonders dann von Vorteil ist, wenn eine Vielzahl von Werkstückträgern bereitgestellt werden sollen.
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In einer Fortführung der Erfindung liegt die horizontal verfahrbare Gleitplatte auf einer unbeweglichen Gleit- und Abdichtplatte auf, die ihrerseits vakuumdicht auf dem Rahmen aufliegt.
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Um eine ausreichende Vakuumdichtheit zu erreichen, ist zwischen der Gleit- und Abdichtplatte und dem Rahmen eine Vakuumdichtung angeordnet, die bevorzugt eine aufblasbare Gummidichtung ist.
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Für eine leichte und möglichst verschleißfreie Handhabung der Gleitplatte ist zwischen dieser und der Gleit- und Abdichtplatte ein Luftlager angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Gleitplatte an einer x-, y-, z-Verfahreinheit befestigt.
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Weiterhin ist an der x-, y-, z-Verfahreinheit eine in z-Richtung verfahrbare Dosiereinheit mit einer zugehörigen Dosiernadel befestigt, die durch eine Vakuumdurchführung in der Gleitplatte und eine größere Öffnung in der Gleit- und Abdichtplatte geführt ist. Infolge des vergleichsweise geringen Durchmessers der Dosiernadel lässt sich diese leicht vakuumdicht durch die Gleitplatte führen, ohne dass die vertikale Beweglichkeit eingeschränkt wird.
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Damit kann die Dosiernadel gemeinsam mit der Gleitplatte in x- und y-Richtung und unabhängig davon zusätzlich in z-Richtung bewegt werden, wodurch eine einfache Prozessierung des in der Vakuumprozesskammer befindlichen Werkstücks ermöglicht wird, wobei sämtliche notwendigen Bewegungen von außen zugeführt werden.
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Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
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1: eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung zum Prozessieren von Werkstücken in einer Vakuumprozesskammer für Inline-Prozesse unter Vakuum; und
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2: eine Vorderansicht der Vorrichtung nach 1.
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Entsprechend 1 besteht die Vorrichtung zum Prozessieren von Werkstücken in einer Vakuumprozesskammer aus einem diese seitlich begrenzenden und oben und unten offenen rechteckigen oder ringförmigen Rahmen 1, der mit einer Deckplatte 2 eines die Vorrichtung tragenden Grundgestells 3 fest verbunden ist. Der obere und der untere Rand des Rahmens 1 sind zugleich als Dichtflächen ausgebildet.
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In der Deckplatte 2 ist eine Aussparung 4 zum Hindurchführen eines Werkstückträgers 5 eingearbeitet. Der Werkstückträger 5 ist im Grundgestell 3 mit Hilfe einer Aushubstation 6 vertikal verfahrbar gelagert und kann somit von unten durch die Aussparung 4 in Richtung zum Rahmen 1 zum Schließen der Vakuumprozesskammer angehoben bzw. zum Öffnen vom Rahmen 1 abgesenkt werden.
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Um eine ausreichende Vakuumdichtheit zu gewährleisten, ist in den Rand des Werkstückträgers 5 eine umlaufende Dichtung 7 eingelassen, die beim Anheben des Werkstückträgers 5 gegen den unteren Rand des Rahmens 1 gedrückt wird und somit die nötige Vakuumdichtheit gewährleistet. Die Dichtung 7 kann auch eine aufblasbare Gummidichtung sein.
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Diese Ausführung ist besonders dann von Vorteil, wenn eine Minimierung des zu evakuierenden Volumens erreicht werden soll. Ein weiterer Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die zu prozessierenden Werkstücke nicht extra in und aus der Vakuumprozesskammer umgesetzt werden müssen.
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Alternativ kann die Abdichtfunktion vom Werkstückträger 5 auf die Aushubstation 6 übertragen werden. In diesem Fall müsste die Aushubstation 6 im oberen Rand mit einer umlaufenden Dichtung versehen werden. Die Aussparung 4 in der Deckplatte 2 müsste größer ausgeführt werden, damit die Aushubstation 6 mit dem darauf positionierten Werkstückträger 5 hindurchgefahren werden kann. Damit kann der Werkstückträger 5 einfacher und damit kostengünstiger gestaltet werden, was insbesondere dann der Fall ist, wenn der Werkstückträger 5 Bestandteil eines umlaufenden Werkstückträgersystems mit einer Vielzahl von Werkstückträgern 5 ist. Nachteilig wäre in diesem Fall allerdings, dass sich dadurch das zu evakuierende Volumen etwas vergrößert.
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Der Werkstückträger 5 kann auch Bestandteil eines umlaufenden Werkstückträgersystems sein, mit dem die Werkstückträger 5 taktweise der Aushubstation 6 zugeführt werden. Damit ist es möglich, eine Vielzahl von Werkstückträgern 5 außerhalb der Vakuumprozesskammer mit zu bearbeitenden Werkstücken, unabhängig vom Prozessablauf in der Vakuumprozesskammer, zu bestücken und anschließend bei geöffneter Vakuumprozesskammer der Aushubstation 6 zuzuführen. Der jeweils auf der Aushubstation 6 befindliche Werkstückträger 5 wird dann ein Teil der Vakuumprozesskammer. Ein solches Werkstückträgersystem kann eine Fördereinrichtung für die Werkstückträger 5 oder beispielsweise ein Drehteller oder dergleichen sein, auf dem mehrere Werkstückträger 5 angeordnet sind. Auf diese Weise können die Werkstückträger 5 unabhängig vom Vakuumprozess be- und entladen werden.
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Der obere Abschluss des Rahmens 1 und damit der Vakuumprozesskammer erfolgt mit einer Gleit- und Abdichtplatte 8, die auf ihrer Unterseite mit einer Dichtfläche 9 versehen ist, die auf dem oberen Rand des Rahmens 1 aufliegt. Die nötige Vakuumdichtheit wird hier durch eine umlaufende Abdichtung mittels einer aufblasbaren Gummidichtung 10 gewährleistet, die in den oberen Rand des Rahmens 1 eingelassen ist und über einen Druckluftanschluss 11 mit einer Druckluftquelle verbunden ist.
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In die Gleit- und Abdichtplatte 8 ist eine Öffnung 12 eingearbeitet, die größer ist, als ein auf dem Werkstückträger 5 zur Bearbeitung in der Vakuumprozesskammer zu positionierendes nicht dargestelltes Werkstück, so dass eine von oben durch die Öffnung 12 hindurchgeführte Dosiernadel 13, oder ein anderes Werkzeug, im erforderlichen Maße über das Werkstück geführt werden kann. Mit der Dosiernadel 13 kann beispielsweise eine Vergussmasse auf dem zu vergießenden Werkstück verteilt werden, indem die Dosiernadel 13 nach einem vorgegebenen Schema über das Werkstück bewegt wird.
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Auf der Gleit- und Abdichtplatte 8 befindet sich eine Gleitplatte 14, die auf einem Luftlager auf der Gleit- und Abdichtplatte 8 in horizontaler Richtung verschiebbar ist und den beweglichen Teil der Vakuumprozesskammer bildet. Die Gleitplatte 14 ist mit einer x-, y-, z-Verfahreinheit 15 fest verbunden, an der auch eine in z-Richtung verfahrbare Dosiereinheit 16 befestigt ist. Das Luftlager ermöglicht eine nahezu reibungs- und verschleißfreie Lagerung des beweglichen Teils der Vakuumprozesskammer. Da die Gleitplatte 14 und die Dosiereinheit 16 an der x-, y-, z-Verfahreinheit 15 befestigt sind, werden diese gemeinsam in x- und y-Richtung bewegt.
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Die zur Dosiereinheit 16 gehörende Dosiernadel 13 ist durch eine vakuumdichte Durchführung 17 in der Gleitplatte 14 hindurchgeführt und wird mit der in z-Richtung verfahrbaren Dosiereinheit 16 in z-Richtung zum Werkstück auf dem Werkstückträger 5 zum Auftragen einer Vergussmasse hinbewegt, oder von diesem wegbewegt.
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Es versteht sich, dass an die Gleitplatte 14 auch anderweitige Manipulatoren oder Werkzeuge adaptiert werden können. Voraussetzung ist jedoch, dass die Manipulatoren oder Werkzeuge hinreichend vakuumdicht durch die Gleitplatte 14 geführt werden können.
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Zum Bearbeiten eines Werkstückes wird dieses zunächst auf dem Werkstückträger 5 positioniert, woraufhin dieser dann mit der Aushubstation 6 angehoben und gegen den Rahmen 1 gedrückt wird, so dass die Vakuumprozesskammer von unten verschlossen ist.
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Wenn der Werkstückträger 5 Bestandteil eines umlaufenden Werkstückträgersystems mit einer Vielzahl von einzelnen Werkstückträgern 5 ist, dann muss zunächst ein bestückter Werkstückträger der Aushubstation 6 zugeführt werden, woraufhin dieser dann mit der Aushubstation 6 angehoben wird, um die Vakuumprozesskammer zu verschließen. Die vakuumdichte Abdichtung erfolgt dabei mittels der umlaufenden Dichtung 7 im Werkstückträger 5. Anschließend wird die Vakuumprozesskammer evakuiert und der vorgesehene Prozess, z.B. ein Dosiervorgang, kann ausgeführt werden. Nachdem der Prozess abgeschlossen wurde, wird die Vakuumprozesskammer belüftet und der Werkstückträger 5 kann mit der Aushubstation 6 abgesenkt werden.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Vakuumprozesskammer beispielsweise für Servicezwecke von oben zu öffnen. Zu diesem Zweck kann die Gleitplatte 14 mit der x-, y-, z-Verfahreinheit 15 einfach nach oben abgehoben werden, so dass die Vakuumprozesskammer durch die Öffnung 12 in der Gleit- und Abdichtplatte 8 von oben zugänglich ist.
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Die Besonderheit der erfindungsgenmäßen Vorrichtung zum Prozessieren von Werkstücken in einer Vakuumprozesskammer für Inline-Prozesse unter Vakuum besteht darin, dass sämtliche erforderlichen Prozessbewegungen von außerhalb der Vakuumprozesskammer zugeführt werden, so dass die zugehörigen Antriebe nicht vakuumtauglich ausgeführt werden müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rahmen
- 2
- Deckplatte
- 3
- Grundgestell
- 4
- Aussparung
- 5
- Werkstückträger
- 6
- Aushubstation
- 7
- umlaufende Dichtung
- 8
- Gleit- und Abdichtplatte
- 9
- Dichtfläche
- 10
- aufblasbare Gummidichtung
- 11
- Druckluftanschluss
- 12
- Öffnung
- 13
- Dosiernadel
- 14
- Gleitplatte
- 15
- x-, y-, z-Verfahreinheit
- 16
- Dosiereinheit
- 17
- vakuumdichte Durchführung
